储能科学与技术

本期中英文目录

2021 (5): 0.

摘要 ( 147 )

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储能在碳达峰碳中和目标下的战略地位和作用

陈海生, 刘畅, 徐玉杰, 岳芬, 刘为, 俞振华

2021 (5): 1477-1485. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0389

摘要 ( 1159 )

HTML ( 277 )

PDF(1952KB) ( 1329 )

实现“碳中和、碳达峰”目标将引发一场深刻的能源和工业革命，会对未来社会经济生活带来深远影响。储能是实现“双碳”目标和能源革命的关键支撑技术，发展储能具有重大的战略意义。本文阐述了在中国“碳达峰、碳中和”目标背景下储能的战略地位和作用，并深入探讨了储能目前的发展现状和未来发展趋势，进而给出储能战略发展的政策需求和建议。

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压缩空气储能系统储气装置研究现状与发展趋势

郭丁彰, 尹钊, 周学志, 徐玉杰, 盛勇, 索文辉, 陈海生

2021 (5): 1486-1493. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0356

摘要 ( 727 )

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PDF(6053KB) ( 669 )

压缩空气储能被认为是最具发展潜力的大规模物理储能技术，储气装置作为压缩空气储能系统的关键环节，对系统高效、稳定和安全运行具有重要影响。近些年来，随着压缩空气储能技术的快速发展，储气装置的研究备受人们关注。储气装置的特点主要取决于其材料属性，因此本文根据材料不同对储气装置进行分类，并着重论述了天然地下洞穴储气、人造洞室储气、金属材料储气以及复合材料储气的应用。对比分析表明，天然地下洞穴储气规模大、成本低，但是依赖于特殊地质和地理条件，因此应积极探索具有灵活布置特性的新型储气方案。进一步地，本文阐述了不同类型储气装置当前所面临的挑战，分别探讨了储气装置精准热力学模型建立、地下洞穴储气稳定性评价以及复合材料储气结构特性研究中亟需解决的重点和难点，并对未来储气装置的发展趋势以及研究热点进行了展望和总结。旨在为压缩空气储能系统储气装置的选型和理论研究提供指导，为改善压缩空气储能系统和储气装置性能提供借鉴。

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绝热压缩空气储能系统冷热电联供与负荷匹配特性

夏琦, 何阳, 徐玉杰, 陈海生, 邓建强

2021 (5): 1494-1502. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0233

摘要 ( 403 )

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PDF(1512KB) ( 320 )

调控绝热压缩空气储能系统(adiabatic compressed air energy storage system，A-CAES)的冷热电产出以匹配供应对象随季节不断变化的负荷，对绝热压缩空气储能系统的实际应用具有重要促进作用。本文构建了绝热压缩空气储能系统的仿真模型，模拟系统充释能过程以探究系统的冷热电输出特性；分析了一个典型生活小区在不同季节的冷热电负荷变化；并将系统冷热电产出与小区住户冷热电需求负荷进行匹配，得到二者之间的匹配性能；最后通过经济性分析对比了常规供能小区与由A-CAES系统提供冷热电的新型小区的供能成本。模拟结果表明：住户冷热量负荷在不同季节差异明显，而电力负荷差异较小。冷冻水流量对冷热电量产出影响较小，应取最低值以提高冷水品质。释能阶段膨胀机前预热热水流量可大幅改变冷热电输出。通过匹配系统冷热电产出特性与小区负荷可得到夏季、春秋季和冬季的最佳预热热水流量为3.9、3.9和1.6 kg/s，夏季采用较高的热水流量使产电量最大化为宜。经济性分析发现由A-CAES系统供能的小区比常规供能小区年供能成本降低了23.1%，年供能成本节省156万元，结合设备成本可得该系统静态投资回收期为15.6年。

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喷射器强化压缩空气储能充能过程

周升辉, 何阳, 陈海生, 徐玉杰, 邓建强

2021 (5): 1503-1513. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0235

摘要 ( 458 )

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喷射器可应用于绝热压缩空气储能系统去强化充能过程和提高系统性能，其喷射器利用压缩机出口的高压空气作主动流，以环境空气或前一级压缩机出口的低压空气作引射流。喷射器的使用可提高储气速率和减少节流阀的热力学损失。本文分别对多喷射器和单喷射器强化充能过程的储能系统展开研究，并建立了两种储能系统的热动力学模型。模拟结果表明：两种储能系统均提高了系统循环效率，与绝热压缩空气储能系统定压运行模式相比，多喷射器储能定压运行模式和单喷射器储能滑压运行模拟的系统循环效率分别最大提高了2.34%和2.73%。对于多喷射器储能系统，喷射器工作时间和引射环境空气的累积质量均随引射比的增加而减小，当初始储气压力较低、引射比较小和加热/冷却器换热温差较小时，更有利于系统循环效率的提高。对于单喷射器储能系统，与绝热压缩空气储能系统滑压运行模式相比，当初始储气压力相同时，该系统具有更大堵塞裕度，且堵塞裕度随引射比减小而增大；与绝热压缩空气储能系统定压模式相比，该系统的系统循环效率的增大量随引射比和初始储气压力的增大而增大。研究结果为压缩空气储能系统的进一步优化提供了参考。

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压缩空气储能系统释能过程动态调控

李扬, 张新敬, 宋健斐, 李笑宇, 郭欢, 徐玉杰, 陈海生

2021 (5): 1514-1523. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0337

摘要 ( 416 )

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压缩空气储能被认为是最具有发展前景的大规模储能技术，而压缩空气储能系统运行过程面对的是储气室压力变化以及输入/输出功率变化的复杂工况。针对压缩空气储能系统变工况运行需求和节流阀减压调节膨胀机入口压力存在控制精度低、压力损失大等问题，本研究提出采用阀门组合与减压容器相结合的压力控制单元来调控膨胀机入口压力、满足输出功率需求，并建立了集成压力控制单元的10 MW蓄热式压缩空气储能系统热力学模型。在此基础上，研究了储释能过程压力、温度、质量流量、功率等关键参数随时间的变化规律，揭示了阀门组合与减压容器相结合的压力控制单元调控膨胀机入口压力的机理与效果。压力控制单元与节流减压方式相比，释能过程的总?损失减小1.56×10⁸ J，储能效率提高0.24%，储能密度提高0.04 MJ/m³。结果表明，本研究所提出的压力控制单元可以平滑地调控膨胀机入口压力，对保障压缩空气储能系统稳定高效运行，提高系统综合性能具有重要的作用。

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CAES轴流涡轮弯导叶优化设计与流动损失控制机理

王星, 李文, 朱阳历, 左志涛, 陈海生

2021 (5): 1524-1535. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0338

摘要 ( 299 )

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PDF(8206KB) ( 224 )

应用于压缩空气储能系统(CAES)的轴流涡轮具有运行压力高、导叶展弦比低、端壁二次流影响大的特点。为进一步提高效率，本文引入导叶弯曲造型并进行优化设计，获得了最优导叶弯曲参数及其对流动损失的控制机理。研究结果表明：不同弯高下均存在一个最佳弯角值使等熵效率最大；随弯高增加，最佳弯角值逐渐减小。在不同弯高下，轴流涡轮质量流量均随着弯角先减小后增大，并在弯角为7°左右达到最小值。优化设计结果表明，当弯曲角和相对弯高分别为12.26°和0.31时，轴流涡轮等熵效率提高幅度最大为0.77%，此时质量流量仅增加0.1 kg/s。与应用于其他领域的涡轮不同，最优弯导叶对CAES轴流涡轮流场的改善效果主要集中在动叶通道内部：通过降低动叶轮毂和机匣表面附近进口气流角，消除动叶前缘根部滞止鞍点，限制马蹄涡影响范围；最优弯导叶也使叶顶前缘鞍点位置向下游移动，减低叶顶前缘吸力面附近马蹄涡分支的影响范围，延迟了叶顶间隙泄漏流的产生，减弱叶顶间隙泄漏流与上通道涡作用强度，最终降低流动损失。

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双悬臂轴系结构通过临界转速时振动实验研究

胡东旭, 王欣然, 李文, 戴兴建, 王星, 侯虎灿, 陈海生, 左志涛

2021 (5): 1536-1543. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0339

摘要 ( 214 )

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PDF(3538KB) ( 140 )

膨胀机和压缩机是压缩空气储能(CAES)系统的关键部件。为满足其变工况、低功耗等要求，中小型机组多采用双悬臂轴系结构，但双悬臂结构振动情况复杂，振动问题直接影响其运行稳定和运行安全，而当前对其研究还不够充分，基于此开展了针对双悬臂轴系结构振动特性的实验研究。重点分析了双悬臂轴系中高速轴的振动幅值曲线、振动频谱、伯德图和振动能量分布频谱图等，确定了该转子的临界转速，并探究了通过临界转速时升速连续性、升速时间等对其振幅的影响。结果表明，本研究双悬臂实验件高速轴临界转速约为14200 r/min，临界转速前共振区域约为临界转速(14200 r/min)的15%，临界转速后共振区域约为临界转速9%。接近临界转速时其他倍频增长幅度均在2 μm以下，不及一倍频增长幅度的5%。升速过程连续性对通过临界转速时的振幅有一定影响：尽管“阶梯型”升速方案通过临界转速时的升速率更快，但是由于其在临界转速附近有停留，造成了振动能量累计，因此使振动峰值增加。通过临界转速时，振动峰值会随着提速时间的延长而近似线性增加，当提速时间从20 s延长到60 s时，振幅提升了约20%。

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跨声速轴流压缩机动静叶弯参数耦合关系

张丹, 左志涛, 周鑫, 郭文宾, 陈海生, 王星

2021 (5): 1544-1555. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0341

摘要 ( 280 )

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PDF(7481KB) ( 101 )

发展压缩空气储能技术是解决可再生能源大规模接入电网的有效途径，也是实现“碳达峰，碳中和”目标的重要技术手段之一。轴流压缩机是压缩空气储能(CAES)系统的重要部件之一，需要有宽工况、大流量、高压比等特点。采用数值模拟方法，以NASA Stage35为原型，通过正交试验法研究不同动静叶弯高、弯角之间的耦合关系，并对其进行优化。选取L49(7⁴)正交表，以失速裕度、峰值效率、压比为优化目标，选取动静叶的弯高、弯角4个试验参数，进行4因素7水平的正交设计。优化设计后失速裕度提升了60.56%，效率和压比降低幅度在可接受范围内。通过极差分析发现弯叶片可以普遍提高失速裕度，但是峰值效率和压比普遍降低，动叶弯角对压缩机的气动性能影响最大。叶根附近，采用弯叶片使吸力面角区分离更加严重；在叶展中部，采用弯叶片可以弱化激波强度，减少低能流体的堆积，削弱附面层与激波的相互作用；在叶尖处，采用弯叶片可以延迟叶尖泄漏流与主流的交界面到达叶尖前缘，扩大失速裕度。

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基于析湿系数法活塞压缩机级间变工况析水特性

徐冉, 左志涛, 黎翱, 王霞, 陈明, 陈海生

2021 (5): 1556-1564. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0346

摘要 ( 250 )

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压缩空气储能系统膨胀吸热过程使压缩空气中水蒸气结冰，不仅会对膨胀机叶片造成机械损坏，而且影响膨胀机性能。开展储能子系统中多级活塞压缩机级间析水特性研究，为压缩系统设计以及膨胀机入口前压缩空气预处理提供参考。首先综合考虑压缩因子和增强因子，采用析湿系数法对析水过程进行理论推导，得出各级析水量的表达式，然后建立压缩机管网特性试验平台，对压缩机各级吸、排气压力，吸、排气温度、排气量、分离器液位等参数进行采样，开展在变工况条件下压缩机各级析水特性研究。结果表明压缩机排气压力从1.5 MPa增大到9.0 MPa时，湿空气经过第一级压缩机时，液态水未析出；经过其他四级压缩后，二级析水量最大，其余各级依次递减；各级析水量理论与试验研究的结果误差在0～10%左右波动。

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多类型火电-储热耦合系统性能分析与比较

张显荣, 徐玉杰, 杨立军, 李乐璇, 陈海生, 周学志

2021 (5): 1565-1578. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0347

摘要 ( 491 )

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基于可再生能源大规模发展背景下火电灵活调峰能力不足问题，提出了常规火电集成储热的解决方案和耦合系统调峰运行新策略。以国内600 MW燃煤机组为例，设计了该机组与熔盐储热、混凝土储热和亚临界水储热的耦合系统方案；对比分析了各耦合系统热力性能和调峰性能，研究结果表明：火电-储热耦合系统提高了系统调峰性能和全过程循环效率；热力性能最优的耦合方案即为储热过程利用熔盐提取再热蒸汽，放热时来利用储热来加热高加给水，较火电变工况相比，其效率增加0.6%以上；调峰性能最佳的耦合方案即为储热过程利用熔盐提取高压缸排汽，释热时利用储热来加热高加给水，通过储热机组新增上、下调峰深度为4.87%和6.08%。本文研究为火电机组灵活调峰提供了理论和工程指导。

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涡旋压缩机切向泄漏瞬态流场特性

李正, 刘祯, 吴华伟, 谢东升, 钱伟

2021 (5): 1579-1588. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0176

摘要 ( 323 )

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PDF(8685KB) ( 118 )

以某微型压缩空气储能涡旋压缩机为研究对象，采用计算流体力学(CFD)的方法对涡旋压缩机工作过程进行数值模拟，得到了涡旋压缩机内部压力场、温度场、速度矢量场的瞬态分布，研究了径向间隙引起的切向泄漏对涡旋压缩机工作腔流场分布特点，结果表明：高压腔中的气体通过径向间隙泄漏流入低压腔，会造成腔内速度矢量场、温度场分布不均匀，而泄漏对压力场分布不均匀程度影响较小，但对温度场、速度矢量场分布不均匀程度影响较大；单一腔内下游气体被压缩导致腔内压力分布不均匀，压差的存在影响速度矢量场分布的变化，排气孔偏置导致对称腔压力不对称。该研究可以为涡旋压缩机结构设计提供理论依据。

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耦合液化天然气的液化空气储能系统热力学分析

何子睿, 齐伟, 宋锦涛, 崔双双, 李红

2021 (5): 1589-1596. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0184

摘要 ( 351 )

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为了提高液化空气储能(liquefied air energy storage，LAES)系统循环效率及?效率，对LAES系统的液化单元进行改进，提出了一种液化天然气耦合液化空气储能系统，建立了传统LAES系统和耦合系统的热力学模型，从导热油利用、系统?效率及循环效率等方面研究了耦合系统对与传统系统的改进。结果表明：耦合液化天然气的压缩空气储能系统，高温导热油利用率可达92.47%，导热油热量利用率最高提升11.18%，耦合系统?效率最高达66.68%，相比传统LAES，最高可提升15.67%，系统循环效率可达67.60%，最高可提升17.30%。耦合系统有效地改善了LAES系统导热油利用不完全的缺陷，提升了系统的循化效率，为大规模推进储能发展提供一种行之有效的系统方案。

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压缩空气储能驱动反渗透海水淡化系统

郑澳辉, 曹峥, 徐玉杰, 陈海生, 邓建强

2021 (5): 1597-1606. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0231

摘要 ( 286 )

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为解决传统反渗透海水淡化系统高能耗、高成本等问题，利用压缩空气储能系统对电力资源削峰填谷的作用并依据其能量输出特点，进行能量配比分析，提出了绝热压缩空气储能与反渗透海水淡化集成系统新构型。建立了系统各部件的数学模型，以20 s为时间步长，对系统的不同设计工况进行了动态模拟，并采用经典龙格库塔算法进行求解，分析了储罐充能释能结束压力和季节变化对系统性能的影响，最后对系统部件的投资成本进行估算，获得了系统在不同设计工况点的淡水生产成本。结果表明，在所有的模拟工况点中，储罐释能结束压力在3～7 MPa内变化时，无论储罐充能结束压力在8～12 MPa内取何值，释能结束压力均存在最优值5 MPa，使系统淡水生产比能耗最低；相比于冬季低温环境，夏季高温环境淡水的生产比能耗能减少约30%；在所有的模拟工况点中，当充能结束压力为12 MPa，释能结束压力为5 MPa时，系统淡水生产成本最低，为1.72 $/m³。与传统反渗透海水淡化系统相比，本储能驱动的淡水生产成本最大能够降低4.4%，具有更好的经济效益。本研究有助于推动绝热压缩空气储能系统在反渗透海水淡化领域的应用，并为工厂的投资建设提供理论依据。

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基于峰谷分时电价的压缩空气储能系统热经济性分析

胡珊, 刘畅, 徐玉杰, 陈海生, 郭欢

2021 (5): 1607-1613. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0344

摘要 ( 338 )

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压缩空气储能系统被认为是最具发展前景的大规模电力储能技术之一，本文采用?与经济学分析相结合的方法，建立了压缩空气储能系统热经济性分析模型。针对先进蓄热式压缩空气储能系统服务于执行峰谷分时电价的电力系统运行情景，开展了热经济分析。结果表明，该系统热经济性是可行的；能量成本在总成本中占绝大多数，非能量成本中，储气子系统占比最大，其次为压缩子系统，最后为膨胀子系统，其中压缩子系统?损率最高；压缩子系统优化带来的系统输出?单价降低最为明显，其次为储气和膨胀子系统，故系统从热经济学角度进行优化，应首先集中在对压缩机的优化上。本文的研究将为压缩空气储能系统的研究和工程应用提供技术经济决策的参考和依据。

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考虑风能不确定性的压缩空气储能容量配置及经济性评估

虞启辉, 田利, 李晓飞, 李晓东, 谭心, 张业明

2021 (5): 1614-1623. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0167

摘要 ( 322 )

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风能的随机特性是造成风电场弃风现象严重的重要原因，配置压缩空气储能系统(CAES)可以有效平衡风力发电随机特性，减少风电场弃风量，但CAES存储规模配置不当会造成经济利益的损失。因此，为了提高风能利用率，基于风能不确定性条件下，对压缩空气储能系统容量配置进行研究。首先，利用历史数据获得风力发电典型小时功率分布；然后，考虑用户负荷需求、电网分时电价、系统投资成本、电力不足成本和电力销售收入等因素，构建以CAES系统充放电功率和储气容量为约束条件、以最大效益为目标的模型，并采用遗传算法进行求解；最后，利用所建立的模型对多场景运行案例进行优化。仿真结果表明，对于典型小时负荷功率需求3.241 MW的工厂用户，风电场保持每日4台风机运行，并配置额定功率1 MW、额定容量6.5 MW·h的CAES系统经济效益最佳，可减少弃风量3.84 MW·h，节约购电成本4208.9元，实现日最大净收益699.86元。

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岩穴储气库的天然气存储能力分析

张新敏, 蒋中明, 刘澧源, 肖喆臻

2021 (5): 1624-1630. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0138

摘要 ( 409 )

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PDF(1134KB) ( 357 )

为深入了解岩穴储气库的天然气储气能力及库容可利用率，假定储气库内各部位天然气的温度相同以及储气库周围的岩体为同一介质，基于能量和质量守恒原理，考虑天然气的真实可压缩性，研究了定容岩穴储气库内压缩天然气的温度和压力变化过程，进而提出了岩穴地下储气库库容和储气能力的计算方法，并分析了垫底气压力大小对岩穴储气库的储气能力及库容可利用率的影响。研究表明：随垫底气压力增大，岩穴储气库的总储气量相应增加，注采比和库容可利用率则呈现出先增加后减小的变化趋势，且在垫底气压力约为3.0 MPa时，库容可利用率达到最大值。采气完成后的待储阶段，储气库内天然气的压力出现了逐渐恢复现象；垫底气压力增大，天然气压力恢复程度越小；垫底气压力大于3.0 MPa后天然气压力恢复值逐渐趋于稳定。研究结论可为各类天然气储气库的可行性研究与设计提供理论指导。

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飞轮储能轴承结构和控制策略研究综述

于苏杭, 郭文勇, 滕玉平, 桑文举, 蔡洋, 田晨雨

2021 (5): 1631-1642. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0237

摘要 ( 649 )

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飞轮储能具有高功率密度、高效率和低损耗的特点，在不间断电源和电网调频等领域有广阔的应用前景。飞轮储能轴承起到支撑飞轮重量、降低摩擦阻力的作用，是决定飞轮储能量、充放电效率和使用寿命的关键。结构和控制是飞轮轴承的两个核心关键技术。本文分析了应用于飞轮储能的机械轴承、电磁轴承、高温超导磁悬浮轴承以及混合轴承的结构，并总结了不同轴承飞轮储能的损耗、转速、储能量和承载力等性能参数，指出混合磁轴承性能最优，可以降低飞轮的损耗和提高飞轮的转速。另外归纳了目前应用于电磁轴承系统的控制方法，介绍了PID控制、滑模控制、模型预测控制和神经网络控制和解耦控制在电磁轴承控制方面的应用，并进一步分析了未来飞轮磁悬浮轴承控制技术的发展方向。对各种控制方法的比较分析结果表明：在飞轮转子线性工作范围内PID控制方法能保持系统稳定；在飞轮转子非线性工作区域，滑模控制、模型预测控制和神经网络控制效果更优；而解耦控制进一步提高了飞轮在高转速下的控制精度。本文可为开展飞轮储能轴承结构和控制方法的研究提供参考。

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接触参数对储能飞轮转子碰摩行为的影响

贾翔宇, 汪军水, 徐旸, 张剀

2021 (5): 1643-1649. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0248

摘要 ( 278 )

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高速旋转的储能飞轮转子是飞轮储能技术的关键设备。正常工况下，借助于两端磁悬浮轴承的支承，飞轮转子稳定运行于转子轴颈与保护轴承之间的半径间隙内。当转子受到某些因素的扰动而偏离稳定轨迹时，其轴颈可能与保护轴承内圈发生碰摩，进而引起系统失稳。因此，研究碰摩作用对飞轮系统稳定性的影响，从而为优化系统接触参数、提升系统稳定性提供依据是必要的。本文利用考虑摩擦力的两自由度弹簧-阻尼系统模型，经过简化建立了描述飞轮转子碰摩过程的动力学方程，并使用四阶龙格-库塔直接积分法数值求解了系统在不同接触参数下的碰摩行为。计算发现，在实际接触刚度的范围内，转子系统的稳定性随摩擦系数的增大表现出先缓慢增强、后迅速下降的趋势。换言之，对于给定的接触刚度，摩擦系数存在一个与之匹配的最佳取值范围以及允许的最大取值；当摩擦系数超过这一最大取值后，碰摩作用将引发系统的低频碰撞或全周碰摩等失稳行为。而随着接触刚度的增大，摩擦系数允许取值的范围将越来越狭窄。另外，接触参数对碰摩的影响也受到系统阻尼系数的制约。计算结果表明，通过优化碰摩时的摩擦副材料，进而优化转子轴颈与保护轴承内圈之间的接触参数，是增强飞轮系统稳定性的一种可行方案。

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磁轴承电感传感器无功补偿技术

王纯一, 张剀, 徐旸

2021 (5): 1650-1655. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0249

摘要 ( 242 )

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电感位移传感器由于其灵敏度高、线性度好、成本低等特点而被广泛应用于磁轴承转子位置的测量。电感传感器的灵敏度通常与功率正相关。为获得较高的灵敏度，需要提升功率，尤其对于恒磁通轴向电感位移传感器应用，这对功率运放提出了很高的要求。提出了一种用于电感传感器的无功补偿技术，可在不影响传感器灵敏度的前提下，在传感器的使用频率范围内(20～40 kHz)，将功率放大器的输出视在功率降低70%以上，降低了对功率放大器的最大输出功率要求。评估了补偿电容精度对补偿效果的影响，证明了无功补偿对补偿电容容值精度要求不高，具有工程实用价值。

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磁轴承过临界同步阻尼技术研究

刘亚婷, 张剀, 徐旸

2021 (5): 1656-1666. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0258

摘要 ( 266 )

HTML ( 17 )

PDF(9517KB) ( 129 )

目前磁轴承向更高速更可靠的方向发展，转子转速不得不超过弯曲临界转速，而在临界频率附近由于阻尼不足，磁轴承系统面临着失稳风险。针对磁轴承转子越过一阶临界转速存在的问题，为帮助转子达到更高的稳定转速，提出同步阻尼法为转子提供越临界所需阻尼，并分别利用有限元分析和模态分析建立转子模型，对同步阻尼法的可靠性进行了详细的分析验证，为同步阻尼法的实际应用打下基础。在磁轴承设备上实验表明，同步阻尼法成功帮助转子平稳越过了45000 r/min的一阶弯曲转速，进一步验证了同步阻尼法帮助挠性转子过临界的有效性。

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高强合金钢飞轮转子材料结构分析与应用

戴兴建, 胡东旭, 张志来, 陈海生, 朱阳历

2021 (5): 1667-1673. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0260

摘要 ( 384 )

HTML ( 21 )

PDF(9839KB) ( 250 )

与纤维增强复合材料相比，高强合金钢飞轮具有材料成熟、制造难度较低的优点，适用于对转子重量约束不强的飞轮储能转子轴系。本文分析了典型高强钢圆盘飞轮的储能密度、材料强度需求和动能储存材料成本。在考虑热处理淬透性、储能量等需求的基础上，设计了50 kW·h、7.5 kW·h两种飞轮结构，其中50 kW·h飞轮6000 r/min，圆周线速度376.8 m/s；7.5 kW·h飞轮转速18000 r/min，圆周线速度433.5 m/s，有限元应力分析表明其强度安全。研制了400 kW、7.5 kW·h工程试验样机，测试转速达18000 r/min，转子动能27 MJ。通过现场高速动平衡，轴系的最大振动幅值从70 μm降低到了20 μm以下，降低幅值达到70%。9000～18000～9000 r/min充、放电过程中输入电能21.5 MJ，输出电能19.5 MJ。

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飞轮储能装置性能测试

张兴, 阮鹏, 张柳丽, 田刚领, 祝保红

2021 (5): 1674-1678. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0278

摘要 ( 338 )

HTML ( 31 )

PDF(873KB) ( 442 )

“碳达峰”和“碳中和”的战略目标越来越受到关注，飞轮储能作为一种物理储能方式，因其功率密度大，响应时间短，寿命长等特点正得到逐步推广，而效率是产业化推广的重要前提之一。利用电能测量方法对500 kW、100 kW·h飞轮储能系统的充放电效率进行测量。飞轮储能系统充放电循环的升速、降速范围为4000～6000～4000 r/min。实验中测得系统充放电循环效率为83.23%，电机电动发电循环效率90.49%，变流器充放电转换效率92%。试验分析表明，电机效率提高到97%，变流器效率保证98%，系统充放电循环效率可以提高到87%以上。

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飞轮储能辅助火电机组一次调频过程仿真分析

何林轩, 李文艳

2021 (5): 1679-1686. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0283

摘要 ( 475 )

HTML ( 26 )

PDF(1462KB) ( 419 )

为了分析飞轮储能辅助火电机组一次调频的效果，建立两区域电网模型，利用MATLAB/Simulink软件分析在阶跃扰动和连续扰动情况下有无飞轮储能参与时系统的调频效果及调频资源的出力情况。仿真结果表明，与火电机组单独调频相比，由于飞轮储能能够快速响应频率偏差信号，调频过程中系统频率的最大暂态偏差得以减少，飞轮储能的参与使系统在一定的阶跃扰动条件下的稳态频率偏差减少了 $7.58 × 10 - 5$ p.u.，在一定的连续扰动条件下两区域最大频率偏差分别减少了 $2.02 × 10 - 4$ p.u.和 $1.47 × 10 - 4$ p.u.，且交换功率变化最大值在两种扰动条件下分别减少了 $2.84 × 10 - 4$ p.u.和 $1.52 × 10 - 3$ p.u.；由于飞轮储能承担了一部分调频任务，使得在阶跃扰动条件下火电机组的稳态输出功率变化量减少了 $1.517 × 10 - 3$ p.u.，在连续扰动条件下的整个调频过程中火电机组的出力变化范围得以减少。综合分析表明，在相同的仿真条件下，采用飞轮储能辅助一次调频可以减少电力系统频率偏差变化量和联络线上交换功率的变化范围并且减轻火电机组调频负担，减少火电机组输出功率的变化范围，延长机组寿命。

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车载电磁耦合飞轮储能系统的特性

李红, 储江伟, 孙术发, 李宏刚

2021 (5): 1687-1693. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0318

摘要 ( 338 )

HTML ( 25 )

PDF(2907KB) ( 198 )

为解决电机再生制动回收系统中能量回收效率受电池电极“活性物质”化学反应速度影响的问题，利用飞轮储能的高瞬时功率、高效率、长循环寿命及快速响应等特点提出了一种电磁耦合式飞轮能量回收系统。分析了汽车加速、减速工况下该系统的能量转换路线。借助Simulink软件定量分析了电机再生制动能量回收系统和电磁耦合式飞轮能量回收系统在减速-巡航过程中电池回收的能量。搭建模拟运行试验平台，验证了电磁耦合器各端口的能量传递特性。结果表明：电磁耦合式飞轮能量回收系统可以将55.93%的汽车动能直接储存于飞轮中，44.07%的能量经电磁耦合器电气端口储存于电池中，降低了电池参与能量回收过程的程度。

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飞轮储能在华中区域火电调频中的应用分析

张兴, 阮鹏, 张柳丽, 李娟, 田刚领, 胡东旭, 祝保红

2021 (5): 1694-1700. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0277

摘要 ( 391 )

HTML ( 33 )

PDF(2133KB) ( 529 )

由于运行寿命长、安全系数高、功率倍率高、功率响应速度快、控制精度高等特点，飞轮储能在火储联合调频领域的应用越来越受关注。本文解析了华中区域关于火电厂调频的补偿政策，获得了飞轮储能参与火储联合调频中影响经济收益的几个关键性能指标，并在一套500 kW/100 kW·h飞轮储能系统上进行了性能测试，依据测试结果，结合一台300 MW火电机组的自动控制发电(AGC)指令日典型数据，设计了一套飞轮储能系统和火电机组联合调频的控制策略，模拟运行并计算了调频补偿收益，对比火电机组单独参加调频获得的补偿收益，分析增加飞轮储能系统后所获得的额外收益，结果表明飞轮储能在火储联合调频应用中具有良好的全生命周期经济性。

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Co₃O₄/CoO氧化还原反应储/释热动力学特性

韩翔宇, 王亮, 葛志伟, 凌浩恕, 林曦鹏, 陈海生, 彭珑

2021 (5): 1701-1708. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0331

摘要 ( 365 )

HTML ( 27 )

PDF(1989KB) ( 230 )

Co₃O₄/CoO体系因其较高的储能密度和良好的反应特性，在中高温热化学储热领域具有广阔的应用前景。利用热重分析和差示扫描量热法研究了不同的氧浓度和加热/冷却速率对Co₃O₄/CoO体系氧化还原反应过程的影响，并对还原反应动力学进行了分析。实验结果表明，提高氧浓度和加热/冷却速率均能提高氧化还原速率，但是较高的氧浓度可能会抑制还原反应。而氧浓度和加热速率对还原反应焓的影响不明显。动力学分析结果表明，还原反应符合随机成核模型Avrami-Erofeyev (A2)。经过优化计算，得到了较为精确的还原反应动力学模型，最终为基于金属氧化物氧化还原体系的热化学储热反应器的设计提供理论基础。

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石蜡/Fe₃O₄纳米颗粒复合相变材料在管壳式储热单元中的储/放热性能研究

鲁博辉, 师志成, 张永学, 赵泓宇, 王梓熙

2021 (5): 1709-1719. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0311

摘要 ( 299 )

HTML ( 19 )

PDF(3667KB) ( 242 )

相变储热技术凭借其储热密度高、温度波动小、成本低廉等优势在太阳能利用和余热回收等领域具有巨大应用潜力，但相变材料的低导热系数严重限制了其实际应用。为此，本文运用“两步法”制备出不同质量分数的石蜡/Fe₃O₄纳米颗粒高导热系数复合相变材料，对其热物性进行了综合表征，并将其与纯石蜡在管壳式储热单元中的储/放热性能进行了对比研究。研究结果表明：与纯石蜡相比，Fe₃O₄纳米颗粒能够有效地提高复合相变材料的导热系数；当纳米颗粒的质量分数为5%时，固态和液态导热系数分别提升了53%和79%，完全熔化和凝固时间可分别缩短29.69%和29.81%；尽管复合相变材料的储热量和放热量分别下降了5.62%和7.32%，但是储热和放热过程的?效率分别提升了0.43%和3.37%；Fe₃O₄纳米颗粒的添加降低了储热和放热过程中的自然对流强度。

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氯化盐/陶瓷定形复合相变材料的制备和热物性研究

宋文兵, 鹿院卫, 陈晓彤, 何聪, 樊占胜, 吴玉庭

2021 (5): 1720-1728. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0319

摘要 ( 319 )

HTML ( 29 )

PDF(5765KB) ( 118 )

为了开发一种低成本、热性能好的蓄热材料，本文选用氯化盐(CaCl₂-NaCl-KCl)作为相变材料，氧化铝(α-Al₂O₃)为载体材料，膨胀石墨(EG)为导热增强剂，通过混合烧结法制备出CaCl₂-NaCl-KCl/α-Al₂O₃/EG定形复合材料。基于 X 射线衍射(XRD)分析可知，氯化盐、氧化铝、EG在样品烧结过程中仅仅是物理混合，不发生化学反应；通过扫描电子显微镜(SEM)观察微观结构发现，氯化盐和氧化铝均匀混合并附着在EG的孔隙中，EG形成的孔隙有利于防止熔盐液体泄漏。通过对复合材料的热物性测量，结果表明，CaCl₂-NaCl-KCl/α-Al₂O₃/EG复合材料在相变前(150～450 ℃)的比热容为1.35 J/(g·K)，导热系数为5.03 W/(m·K)；相变后(520～640 ℃)的比热容为1.43 J/(g·K)，导热系数为3.18 W/(m·K)。与纯氯化盐相比，复合材料的熔点基本不变，在100～700 ℃使用范围里，复合材料的蓄热密度为902.5 kJ/kg，较纯氯化盐增加了8.3%。所制备的CaCl₂-NaCl-KCl/α-Al₂O₃/EG复合材料，使用过程中始终保持固定形状，比热容和导热系数有较大提高，本研究为高温储热领域提供了一种可供选用的低成本且综合性能好的储热材料，为推动氯化盐在高温储热领域的实际应用提供了筛选依据。

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新型相同钠离子混合熔盐相图预测及物性测量

何聪, 鹿院卫, 宋文兵, 陈晓彤, 吴玉庭, 樊占胜

2021 (5): 1729-1734. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0320

摘要 ( 410 )

HTML ( 24 )

PDF(815KB) ( 531 )

为了提高第三代聚光式太阳能热发电技术的效率，降低系统的运行成本，需要开发出具有更高使用温度的新型高温储热/蓄热材料。本文基于相同阳离子的原则，选取3种相同钠离子熔盐NaNO₃、NaCl、Na₂CO₃作为基盐，借助相图原理指导混合熔盐的配制，通过FactSage软件对NaNO₃-NaCl-Na₂CO₃三元体系进行相图热力学计算，利用差示扫描量热仪对预测最低共熔点附近多组共晶盐进行热物性分析。结果发现，当三元体系熔盐NaNO₃∶NaCl∶Na₂CO₃物质的量比例为0.92∶0.064∶0.016时熔点最低，测得最低共熔点为279.9 ℃，相变潜热值为194.1 J/g，与相图预测结果(291 ℃)基本一致，验证了相图计算的准确性。对该体系其他热物性进行测量，得到其分解温度为595 ℃(质量损失率为3%)，比热容为1.60 J/(g·K)(500 ℃)，平均比热容为1.62 J/(g·K)，相比于Solar Salt和Hitec平均比热容分别增加了0.12 J/(g·K)和0.28 J/(g·K)。该新型三元体系熔盐具有潜热、比热容大和使用温度范围较宽的优点，在制备复合材料潜热储热方面有很大潜力，为开发新型太阳能热发电储热/蓄热材料提供了借鉴，也为借助相图理论指导混合熔盐的开发提供了参考。

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氢氧化镁热化学储热系统流化床反应器性能分析

杨博文, 闫君, 赵长颖

2021 (5): 1735-1744. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0141

摘要 ( 430 )

HTML ( 24 )

PDF(4588KB) ( 345 )

热化学储热具有储能密度高、储存时间长、温度范围宽的优点，是目前极具前景的储能技术，流化床反应器具有出色的传热传质性能，非常适合应用于热化学储热系统。本工作基于双欧拉模型，耦合了传热方程与反应动力学方程，构建了二维轴对称非稳态的多相流化学反应模型，以氢氧化镁和氧化镁作为储热材料，对热化学储热系统流化床反应器内的储、放热过程进行了研究，并且分析了床层膨胀率、气体流量对储放热效率的影响。通过实验验证了模型的准确性，探究了反应器内的能量流动过程与能耗优化方向。结果表明，床层温度不受传热效率的影响，反应器内不同区域间以及气相与固相间的温度差值均小于1.0 K，放热反应动力学限制了反应器性能；高温气固反应能显著提高床层膨胀率，床层膨胀率和气体流量的变化对储热效率影响较大，对放热效率影响较小；放热过程中的气体预热量和储热过程中的颗粒显热是反应器能量优化的重点方向。本研究对热化学储热系统中的流化床反应器数值建模分析以及实验设计优化具有指导价值。

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板式相变储能换热器的性能优化

刘丽辉, 张航, 彭子安, 李杰, 孙小琴

2021 (5): 1745-1752. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0192

摘要 ( 348 )

HTML ( 23 )

PDF(1838KB) ( 189 )

本工作设计了一种板式相变储能换热器，研究几何参数对换热器储能性能的影响。控制换热器的体积与储能量不变，构建了5种不同结构的板式相变储能换热器模型，利用FLUENT软件分别对其进行储能数值模拟，并对最佳结构的入口温度、入口流速进行优化计算。结果表明：减小板式相变单元厚度可以增加换热速率，但同时会增加压降，计算得到相变单元数量N=5时换热效率最佳；板式相变换热器的储能速率与边界流体流速成正比，与压降成反比；板式相变换热器的换热速率随入口温度升高而增加，但增加的幅度随着边界流速或温度的增加而减小。综合考虑换热器内部结构与工况对换热性能的影响，本研究中换热器性能最佳的为相变单元数量为5、热流速率为0.5 m/s的换热器模型，同时发现在实际应用中当流速较小时，需要重点关注换热器内部结构的设计。

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基于换热面积连续调节的单罐熔盐储热系统释热功率稳定性研究

陈晓彤, 鹿院卫, 何聪, 宋文兵, 吴玉庭, 杨桂春

2021 (5): 1753-1759. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0353

摘要 ( 262 )

HTML ( 19 )

PDF(2096KB) ( 194 )

将盘管换热器内置于单罐熔盐储热系统时，系统的释热功率会随释热时间的延长而降低。为了实现稳定的释热，本文以低熔点熔盐为储热介质，以空气为释热介质，通过缩小实验分析了换热器面积连续变化时对单罐熔盐储热系统释热功率的影响，以及使用不同换热面积调节方法对释热稳定性的影响。结果表明，通过连续调节换热器面积，可以实现换热器出口温度长时间稳定于设定目标值，且释热功率也能够基本稳定。通过实验分析，本文优选出了一种释热效果较为稳定的换热面积连续调节方法，稳定释热时间占总释热时间近98%。通过对换热面积的连续调节，可以获得稳定的换热器出口温度和释热功率。

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应用于火电机组深度调峰的百兆瓦级熔盐储能技术

王辉, 李峻, 祝培旺, 王坚, 张春琳

2021 (5): 1760-1767. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0230

摘要 ( 694 )

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PDF(1879KB) ( 500 )

为提高电力系统灵活性电源占比，解决新能源消纳问题，本研究提出百兆瓦级熔盐储能技术，在火电机组热力系统中的“锅炉-汽机”之间，嵌入大容量高温熔盐储热系统，实现热电解耦。研究表明，百兆瓦级熔盐储能技术，可使汽机按照最低出力运行，同时保证锅炉安全运行且不停炉，大幅度增加火电机组深度调峰能力。在保证锅炉安全性和盐水换热器制造能力条件下，储热系统设计较高的主蒸汽压力和较高的过冷高压水温度，能有效提高熔盐储热过程热熔盐温度和减少熔盐使用量，达到降低熔盐储能初投资的目的。对百兆瓦级熔盐储能技术各模块进行理论计算，结果表明，系统综合效率高达77.8%，在大规模储能领域具有广泛的应用前景。

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新型地下跨季节复合储热系统性能规律

徐德厚, 周学志, 徐玉杰, 左志涛, 陈海生

2021 (5): 1768-1776. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0334

摘要 ( 275 )

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PDF(4704KB) ( 198 )

可再生能源受天气、地域、季节限制，具有间歇性和不稳定性属性，从而导致供需不匹配，跨季节储热是解决上述问题的有效方法。然而，传统地下跨季节储热具有储热方式单一、热量损失大等缺点，本文将水箱储热和地埋管储热相结合，组成新型跨季节复合储热系统。建立并通过实验验证了复合储热系统模型，在此基础上，分析了储/释热质量流量、储热体模匹配、地埋管数量和层间距以及土壤热导率等参数对储热体温度、储/释热量、储/释热功率和热量损失等的影响规律。结果表明，随着储/释热质量流量的增加，系统效率也逐渐增加；储热体规模匹配α值增加，系统效率随之上升，但水箱体积占比的提高，会导致热量损失增大，故储热体规模匹配需综合考虑，既要能达到较高的系统效率，获得较大的储/释热功率，又需尽量减少投资成本，同时降低热量损失；提高地埋管数量，有利于增加储/释热量，提升系统效率；地埋管层间距的增大，增加了储热体土壤体积，从而降低了储热温度，不利于释热的进行，导致系统效率降低；土壤热导率的增加，强化了土壤间热量传递，地埋管储热功率增加，储热峰值温度也因此提高，然而热量散失也加快，释热功率显著降低，导致系统效率下降。

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隔舌安放角对泵作透平正反模式下水力性能的影响

袁志懿, 张永学, 祁紫伟

2021 (5): 1777-1787. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0312

摘要 ( 356 )

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PDF(11290KB) ( 50 )

隔舌结构参数对泵和透平的性能有着显著影响。为了研究隔舌安放角变化对泵作透平正反模式下水力性能的影响规律，本文对4种隔舌安放角的低比转速离心泵正反模式运行的内流场进行了数值模拟，并通过实验验证了模拟结果的可靠性。结合熵产诊断以及损失功率计算，分析了不同泵模型在正反模式下扬程(泵模式)、必需水头(透平模式)、效率以及内流损失的变化情况。结果表明，适当增加安放角可以使泵扬程增加，透平必需水头减小，两种模式的效率提高，效率-流量曲线右移，最佳效率点对应的流量值增大。但角度增加超出一定范围后，泵效率降低。两种模式的水力损失都集中在蜗壳区域，与转轮内水力损失相比，其受隔舌安放角角度变化影响更为显著。当隔舌安放角角度增加时，泵效率增大的主要原因在于蜗壳出口区域水力损失的减小。对于透平模式，尽管转轮内分离涡结构在较大隔舌安放角情况下受到抑制，但其变化对效率影响较小，透平效率提升的主要原因是隔舌与转轮间隙以及蜗壳壁面附近的水力损失降低。

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新疆玛纳斯河干流常蓄混合式水电资源开发探索

刘新鹏, 刘恒, 任强

2021 (5): 1788-1795. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0417

摘要 ( 249 )

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水电具有来源清洁、运行成本低等优点，科学合理地开发水电资源对于可持续发展意义重大，其中抽水蓄能电站还将充分发挥高效的储能优势，有助于提升电网运行的稳定性和可靠性。为了更好地开发利用有限的水电资源、克服地理条件等诸多限制因素，探讨了常蓄混合式水电站的开发型式，并以新疆玛纳斯河山区水电开发为例开展研究，基于已规划的3座蓄水式电站，提出了4种优化开发方案，根据水头和日调节蓄能库容等，调整发电洞压力管直径和水道断面积等以增加装机容量，水电资源的综合利用效益将得以显著提升。经研究表明，采用常蓄混合开发模式的水电站总装机最大容量和年总发电量将可以分别达到270万kW和60.12亿kW·h，相较于原定的水电梯级利用及规划开发方案分别增加了5.8倍和4倍，可消纳风、光及电网低谷电量57.24亿kW·h，将实现水资源高质量和高效益综合利用，为优化开发水电资源提供了新思路。

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基于逆/正布雷顿循环的热泵储电系统性能

张涵, 王亮, 林曦鹏, 陈海生

2021 (5): 1796-1805. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0330

摘要 ( 573 )

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PDF(2542KB) ( 418 )

热泵储电(PTES)是一类成本低、能量密度高、不受地理位置限制的新型物理储电技术。本文采用动力学、非稳态传热学和有限时间热力学耦合的方法，探究了热泵储电系统循环稳定状态下的瞬态行为。分析并对比了分别由Isentropic Ltd.和Saipem S.A.公司提出的基于逆/正布雷顿循环的PTES系统的性能(简称Is-PTES和Sa-PTES系统)，并讨论了流动工质、系统温度上限和蓄冷蓄热器体积对系统性能的影响。结果表明，标准工况下，Sa-PTES系统储电效率较高，而Is-PTES系统输出稳定性较强；Is-PTES和Sa-PTES系统的储电效率分别可以达到56.42%和64.28%；使用氦气工质的系统性能最优，空气次之，氩气最差。通过?分析发现Is-PTES系统?损失最大部件为压缩机和膨胀机，而Sa-PTES系统?损失最大部件是换热器和蓄冷蓄热器。当系统允许的上限温度较低时，Is-PTES系统性能优于Sa-PTES系统。Sa-PTES系统在高温度上限条件下可获得较优性能，且受填充床体积影响程度更大。

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一种新型的基于二氧化碳混合物的液体储能系统

刘旭, 杨绪青, 刘展

2021 (5): 1806-1814. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0303

摘要 ( 452 )

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PDF(2383KB) ( 308 )

液化二氧化碳储能(LCES)是扩大可再生能源利用规模、保证可再生能源稳定利用的有效方法。为解决LCES系统中亚临界CO₂的有效冷凝问题，本文提出一种新型的基于二氧化碳混合物的液体储能系统(LMES)。选择了两种有机工质R32和R161与CO₂混合，通过建立该系统的热力学模型，研究了有机工质质量分数、压缩机压比、泵压比、冷却温度(T₆)和环境温度五个关键参数对系统性能的影响。结果表明：采用有机工质与CO₂混合可以显著提高工作介质的临界温度，解决LCES系统中CO₂的冷凝问题；工质为CO₂/R32混合物的系统中，有机工质质量分数的增加虽然会使系统的循环效率和能量密度小幅度降低，但可以有效降低系统的工作压力；增加压缩机压比、提高冷却温度以及降低环境温度均可以提高系统的能量密度；在两种混合物的系统中，均存在一个最佳的冷却温度使系统的循环效率达到最大值，采用CO₂/R32混合物时，最佳的冷却温度为42 ℃，系统的循环效率为57.65%，采用CO₂/R161混合物时，最佳冷却温度为45 ℃，系统的往返效率为50.54%；研究还发现相比于CO₂/R161混合物，采用CO₂/R32混合物作为储能系统的工质可以获得更高的循环效率和能量密度。

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基于变工质模化方法的超临界CO₂储能透平膨胀机相似特性分析

李祎然, 李文, 常学煜, 左志涛, 李辉, 陈海生

2021 (5): 1815-1823. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0342

摘要 ( 314 )

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变工质下透平膨胀机的相似模化特性研究是特殊工质透平膨胀机研发的关键技术手段和必要方法，也是提升研发效率和节约成本的有效途径。本文提出了一种基于转速、进口总温、绝热指数和气体常数的适用于透平膨胀机变工质的新型模化方法，并利用某透平膨胀机对超临界CO₂与空气的相似模化进行了数值验证。结果显示，在总体性能参数的模化上具有较高的精确度；在内部流场预测(马赫数、速度分布)等方面也具有良好的模化效果。该方法适用于利用空气模化高温度、高压力下的超临界CO₂储能做功过程。

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超临界二氧化碳储能系统㶲损特性分析

李乐璇, 徐玉杰, 尹钊, 郭欢, 张显荣, 陈海生, 周学志

2021 (5): 1824-1834. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0348

摘要 ( 497 )

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储能是实现可再生能源大规模利用的关键支撑技术，而超临界压缩二氧化碳储能(SC-CCES)系统具有设备紧凑、高效、安全等优点，被认为是具有发展前景的大规模储能技术之一。本文建立了SC-CCES系统传统?分析和先进?分析模型，揭示了系统各过程、部件?损大小及其原因，以及内源性/外源性与可避免/不可避免?损特性，获得了不同过程、部件间的相互关联。分析结果显示：SC-CCES系统效率可达60.30%；压缩机是?损失最大的环节，占总?损失的33.85%，其次为膨胀机、节流阀、间冷器和再热器；根据先进?分析，压缩机、膨胀机仍具有最高的可避免?损，节流阀和混流器则几乎不具备优化潜力。此外，本文还对系统进行了灵敏性分析，揭示了储/释能压力、压缩机和膨胀机效率等参数对系统性能的影响规律。本文的研究为SC-CCES系统优化设计及应用提供了参考。

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高压储氢容器研究进展

李建, 张立新, 李瑞懿, 杨啸, 张挺

2021 (5): 1835-1844. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0309

摘要 ( 1729 )

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介绍了几种高压气态储氢容器，包括高压储氢气瓶、高压复合储氢罐和玻璃储氢容器。高压储氢气瓶包括全金属气瓶和纤维复合材料缠绕气瓶，其具有充放氢简单、氢气浓度高等优点，是目前唯一商业使用的高压储氢容器。高压复合储氢罐是通过储氢材料存储氢气实现固态储氢，并在粉体材料之间的空隙也参与储氢，实现气-固混合储氢，具有体积储氢密度大、充氢速度快、低温下工作性能好等优点。玻璃储氢容器包括空心玻璃微球和玻璃毛细管阵列，是一种新型的高压储氢容器，其具有质量体积密度高、安全性好、成本低、无氢脆现象等优点，有望与燃料电池组合应用于各种移动电子设备。目前相关理论研究已证明了其有作为储氢容器的潜力，但由于其相关配套等器件还不完善，离商业化应用还有一段距离。本文比较了几种商用的高压储氢气瓶性能，重点介绍了玻璃储氢容器的储氢机理、技术现状及相关研究，并对几种储氢容器未来的技术研究方向进行了展望。

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基于经济模型预测控制的多虚拟电厂两阶段协调优化调度

孙乐平, 韩帅, 吴宛潞, 郭小璇

2021 (5): 1845-1853. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0195

摘要 ( 362 )

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在考虑新能源出力具有不确定性的条件下，如何实现多虚拟电厂经济优化运行是当前研究的热点。本文提出了基于经济模型预测控制的多虚拟电厂日前日内两阶段协调优化调度方法。首先，建立了包括风电机组和燃气轮机的分布式电源模型及储能电池模型，设计了参与需求响应的可中断负荷模型；接着，以最大化多虚拟电厂收益为目标，基于改进经济模型预测控制，日前调度通过引入纳什最优决策来实现多虚拟电厂最优经济调度，其中，预测域长度根据风电预测误差自适应选取，以降低风电预测不确定性对调度模型的影响；进一步，计及经济性，设计了弥补日前功率偏差的日内实时反馈调度策略。算例分析表明，相较单虚拟电厂仅与大电网交易，多虚拟电厂联合运行总利润提高26.75%；相较定步长，自适应域步长下交易电量误差降低了78.28%，所提出的调度方案有效应对了不确定性风电出力，提高调度精度的同时实现了多虚拟电厂整体最优经济运行，由此验证了模型的正确性和可行性。

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锂电池百篇论文点评（2021.6.1—2021.7.31）

田丰, 季洪祥, 田孟羽, 乔荣涵, 岑官骏, 申晓宇, 武怿达, 詹元杰, 金周, 闫勇, 贲留斌, 俞海龙, 刘燕燕, 黄学杰

2021 (5): 1854-1868. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0429

摘要 ( 429 )

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该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2021年6月1日至2021年7月31日上线的锂电池研究论文，共有2739篇，选择其中100篇加以评论。正极材料方面主要研究了高镍三元、富锂正极以及尖晶石镍锰酸锂材料的包覆和掺杂改性。金属锂负极的研究包含金属锂的表面修饰、三维结构设计以及其沉积形态和均匀性。硅基复合负极材料的研究侧重于混合电极的结构设计，尤其是各类黏结剂的开发以缓解循环过程中Si的体积变化，维持电极完整性。固态电解质的研究主要是对现有固态电解质的进一步改性优化以及对新型固态电解质的探索，而其他电解液和添加剂的研究则主要包括不同电解质和溶剂对各类电池材料体系适配，以及对新的功能性添加剂的探索。固态电池方向更多地集中于界面问题的研究，锂硫电池则更多关注“穿梭”效应的改善。电池测试技术方面主要涉及金属锂沉积行为的三维表征以及快充条件下电极材料各性质的测量。理论计算工作涉及到界面处离子传输的研究，而界面反应部分涉及到SEI形成的分析。此外，集流体的改性以及电极预锂化研究工作也有多篇。

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能源互联网中储能系统商业模式及典型案例分析

李熙春

2021 (5): 1869-1870.

摘要 ( 154 )

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新能源行业英语教育教学理论与应用研究

朱锦霞, 朱长贵

2021 (5): 1871-1872.

摘要 ( 154 )

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储能技术在电力系统中的应用价值和运营模式

林博

2021 (5): 1873-1873.

摘要 ( 143 )

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新能源专业英语教育创新教学实践

蔡蕾

2021 (5): 1874-1875.

摘要 ( 123 )

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